数据加密

数据加密是为了保护数据安全，防止数据被窃取和篡改。数据加密技术是使用秘钥实现信息和无意义密文相互转换的方法。

加密算法

加密算法主要有三大类：

  • 摘要算法：将信息加密成固定长度密文、不同内容会生成不同的密文、不可逆
    • HASH 算法
      • MD5
      • SHA-1
      • SHA-256
    • HMac 算法
  • 加解密算法：可逆
    • 对称加密：使用相同的秘钥加密和解密
      • DES：
      • 3DES
      • AES
    • 非对称加密：使用秘钥对进行加密和解密
      • RSA
  • 签名算法：是一个结合了摘要算法和加密算法的解决方案，可以实现身份验证、保证内容的完整性
    • DSA

Base64

Base64 会将内容转换为无意义的字符串，所以很多人认为 Base64 有加密的作用。实际上 Base64 并不是加密算法，而是一种编码方式，可以很容易的进行编解码。经常配合加密算法一起使用。

Base64是一种基于 64(0-9 a-z A-Z + /) 个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。

// 浏览器环境
window.btoa('hello') // aGVsbG8=
window.atob('aGVsbG8=') // hello

// NodeJS
import { Buffer } from 'buffer';
const buf = Buffer.from('hello world', 'utf8');
console.log(buf.toString('base64')); // aGVsbG8gd29ybGQ=

信息摘要&摘要算法

HASH 算法又称散列算法，无论多长的信息经过加密都会生成固定长度的信息摘要，有以下特点：

  • HASH 算法是不可逆的单向函数(计算很容易，但是逆向计算却非常困难的函数)
  • 输出长度固定，且不同的输入有不同的输出，可以用来对输入的数据生成”指纹“即“数据摘要”
  • 好的 HASH 算法冲突率更低。冲突是因为 HASH 算法的输出长度固定，但是算法的输入长度是无限制的，所以理论上会存在输入不同但是输出相同的情况，即为 HASH 碰撞。

信息摘要：使用 HASH 算法对消息进行加密得到固定长度的密文称为摘要。通常用于验证消息是否被篡改，应用场景：

  1. 保证消息完整性：因为不同的数据使用摘要算法生成的信息摘要是不同的，所以可以将信息和摘要一起发送，然后使用摘要算法重新计算信息摘要进行对比，来验证信息是否被修改。
  2. 安全访问认证：将用户名和密码生成摘要信息保存到数据，而不是直接明文保存，这样即使数据库被盗也不会泄露用户信息。
  3. 数字签名：参考HTTPS

常用 HASH 算法

  • MD5(Message Digest Algorithm 5)：可以将任意长度的输入转换为 128bit 长度的消息摘要。
  • SHA-1(Secure Hash Algorithm)：生成长度为 160bit 的摘要，相对于 MD5 更安全，但是计算速度更慢
  • SHA-256：生成长度为 256bit 的摘要
const crypto = require("crypto");
// getHashes 方法用于查看支持的加密算法
console.log(crypto.getHashes());

const hash = crypto.createHash('md5');
hash.update('hello');
console.log(hash.digest("hex")); // 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592

HMac 算法

由于 HASH 算法相同的输入总是会产生相同的输出，所以 HASH 算法可以采用“撞库”的办法进行暴力破解。所以即使数据库存储的摘要信息没有直接的意义，但是仍然可能被暴力破解，为了增加破解的难度通常会进行加盐操作。 盐就是一个字符串，和被加密的信息拼接后再进行加密存储，这样即使丢失的信息被暴力破解，因为不知道信息中是如何加的盐，那么得到的也是无意义的信息。

HMac(Hash-based Message Authentication Code)即加盐的 HASH 算法。HMac 总是会结合某种 HASH 算法结合使用，例如和 MD5 结合使用的即为 HmacMD5。

const crypto = require("crypto");

const hash = crypto.createHmac('md5', 'world');
hash.update('hello');
console.log(hash.digest("hex")); // 1a75d01d561d51776bf36c996b826d6b

对称加密

加密和解密双方使用同样的秘钥进行加密和解密，但是秘钥的传输过程容易被劫持；

  • 优点：算法公开、计算量小、速度快、效率高，适合加密较大的数据
  • 缺点：
    • 不安全，秘钥发生的过程容易被截取，中间人也可以伪造秘钥
    • 秘钥管理困难，对称加密每个用户都需要由唯一秘钥，秘钥数量会过大。
@startuml 对称加密
客户端 -> 服务端: 发送消息，内容包括：秘钥和加密后的消息内容
客户端 <- 服务端: 接收消息，使用秘钥解码消息内容，处理后，同样返回包含秘钥和内容的消息
@enduml

常用实现算法：

  • DES
  • 3DES
  • AES
const crypto = require("crypto");
// 获取支持的算法
console.log(crypto.getCiphers());

// 密钥
const secret = crypto.randomBytes(32);
const cipher = crypto.createCipheriv(
  "aes-256-cbc",
  secret,
  Buffer.alloc(16, 0)
);
cipher.update("hello", "utf8");

// 密文
const cipherText = cipher.final("hex");

const decipher = crypto.createDecipheriv(
  "aes-256-cbc",
  secret,
  Buffer.alloc(16, 0)
);
decipher.update(cipherText, "hex");
console.log(decipher.final("utf8")); // hello

非对称加密

加密和解密使用不同的秘钥，加密和解密使用的秘钥必须匹配公钥(public key)和私钥(private key)。使用公钥加密的信息只能使用匹配的私钥解密，反之亦然。公钥可以对外发布。

  • 优点：安全
  • 缺点：相对对称加密较慢，消耗计算资源

秘钥对生成

# 生成私钥
openssl genrsa -out privatekey.pem 1024
# 生成公钥
openssl rsa -in privatekey.pem -pubout -out publickey.pem

注意：私钥不能用于加密数据，从技术上来说公私钥可以互相加解密，但是在业务角度上因为公钥是公开的，所以私钥加密的数据是无意义的

@startuml 非对称加密
客户端 -> 服务端: 发起请求
客户端 <- 服务端: 返回公钥
客户端 -> 客户端: 使用公钥加密的请求信息
客户端 -> 服务端: 发送消息
服务端 <- 服务端: 使用私钥解密信息\n根据请求信息生成返回数据
服务端 <- 服务端: 使用公钥对返回数据生成摘要
客户端 <- 服务端: 发送数据和摘要
客户端 -> 客户端: 接收信息，验证摘要
@enduml

const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");

const privateKey = fs.readFileSync("./privatekey.pem");
const publicKey = fs.readFileSync("./publickey.pem");

// 公钥加密
const encodeData = crypto.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from('hello'));
console.log(encodeData.toString("base64"));
// 私钥解密
const decodeData = crypto.privateDecrypt(privateKey, encodeData);
console.log(decodeData.toString("utf8"));

签名验证

首先生成内容摘要，然后使用私钥对摘要加密生成数字签名，将内容和数字签名一起发送到客户端， 客户端使用公钥解密签名以验证发送者的身份， 然后使用 HASH 算法计算接收内容的摘要，并进行对比以保证内容未被篡改。

DSA

const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");

const privateKey = fs.readFileSync("./privatekey.pem");
const publicKey = fs.readFileSync("./publickey.pem");

// 生成签名
let sign = crypto.createSign("RSA-SHA256");
sign.update("hello");
let signed = sign.sign(privateKey, "hex");

// 验证签名
let verify = crypto.createVerify("RSA-SHA256");
verify.update("hello");
let verifyResult = verify.verify(publicKey, signed, "hex");

console.log(verifyResult); // true

对称加密+非对称加密

使用非对称加密进行对称加密秘钥传输，保证安全。使用对称加密秘钥进行通信保证速度。 过程概述：A 生成一个秘钥，A 请求 B，首先获取 B 的公钥，然后使用 B 的公钥加密之前生成的秘钥并发送给 B，B 使用自己的私钥解密获取 A 的密钥，A 和 B 之后的通信使用 A 生成的秘钥进行加密，这样就解决了对称加密密钥被截取的问题

  • 优点：快、安全
  • 缺点：可能发生中间人攻击

results matching ""

    No results matching ""